用于对空指令提供触觉反馈的控制器的多轴常平架安装座制造技术

一种常平支撑架，其感测旋转位移并提供用于利用一只手在限制交叉耦合的同时产生控制输入的手动控制构件的一维、二维或三维的触觉反馈。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对空指令提供触觉反馈的控制器的多轴常平架安装座
本公开涉及具有触觉反馈的用户输入器件，其由操作员手动移位以产生控制输入。
技术介绍
输入器件或控制器(例如操纵杆、控制杆、驾驶杆和脚踏板)通过正在操控或控制真实或虚拟目标的运动和操作的人来感测一个或多控制构件的运动以产生该目标的控制输入。这些类型的控制器已用于控制诸如目标的控制俯仰、横摆和侧倾之类的参数输入，以及诸如三维(3D)空间中的平移(例如x、y和z轴运动)、速度、加速度之类的导航参数，和/或各种其他指令参数。可以控制的目标的示例包括飞机、潜水器、交通工具、航天器、工业起重机、机器人手术器械、虚拟环境(例如计算机游戏或虚拟或增强现实环境)中的控制目标和/或如本领域的一个或多个普通技术人员已知的各种其他控制目标。通过引用整体并入本申请的美国专利申请第13/797,184和15/071,624号描述了控制系统的多个实施例，该控制系统可被配置为允许用户使用一只手，来利用可以用一只手操纵的控件同时独立地产生多于三个，最多达六个自由度(6-DoF)的控制输入。本申请中描述的单手操控式控制器的各个方面，单独地和/或与这些方面中的其他方面组合起来，可以更好地使无论处于运动状态还是静止状态的用户(例如计算机增强或虚拟现实游戏玩家、飞行员、徒步旅行者、滑雪者、安全/SAR人员、战斗人员等)能够通过使得在限制交叉耦合(意外运动)的同时产生控制输入，来控制物理和/或虚拟三维空间中的物体或目标。具有这些功能的控制器可用于允许控制器将平移与在需要整个空间中的精确运动的计算机辅助设计、无人机飞行、各种类型的计算机游戏、虚拟与增强现实以及其他虚拟和物理任务的控制要求中的姿态调整脱钩。
技术实现思路
例如，在操作无人机时，应该始终知道控制无人机沿x、y和z轴以及横摆(围绕z轴线旋转)的控制器的零输入位置。其他飞行规制，例如虚拟与增强现实、计算机游戏和外科机器人，可能需要同时具有多达六个独立自由度的控制输入：沿x、y和z轴平移，以及俯仰、横摆和侧倾(围绕三个轴线旋转)。分别知道控制构件或控制器的每个自由度的“零输入”的位置，并同时知道通过物理或虚拟空间运动基准点(POR)的控制器的“零输入”的位置，将允许进行更直观的控制。然而，对于无人机飞行以及虚拟与增强现实系统，问题在于需要在飞行员或移位或校准控制器以产生对目标的控制输入人员实际上正在在物理上同时运动的同时，保持对基准点的精确控制。下面描述用于可手动移位的控制构件或用于控制器的输入端的常平支撑架的各种实施例的代表性示例，其公开了某些可单独使用、彼此组合使用或其他组合形式地使用以解决这些问题的功能。这些功能在提供其他问题的解决方案时也可能有用。在一个实施例中，常平支撑架允许控制构件围绕两个或多个相交轴线枢转，同时还允许精确测量控制构件围绕每个轴的角位移。在替代实施例中，常平支撑架可以集成一个或多个锁定器，用作选择性地防止控制构件沿一个或多个自由度(临时或永久地)移位，同时为了适应常平支撑架用于其他应用的目的而继续允许沿一个或多个自由度的移位。在另一实施例中，常平支撑架通过力、触感或触觉反馈来通知正在手动操纵制构件的用户控制构件何时处于至少一个自由度中的零指令或空位置(没有针对目标的控制输入的位置)。在又一个实施例中，安装座还可以任选地使控制构件能够通过居中机构围绕第三轴线旋转，该第三轴线与其他两个轴线相互正交，该居中机构将关于第三自由度的空位置或空指令通知用户。在一个示例中，使用机械止动件限定关于一个或多个控制器的多个自由度中的每个自由度的中心或“零”输入，并且当控制器构件离开中心或“零输入”位置时，使用户感觉到力的轻微增加。当重新进入控制器构件沿运动自由度之一的行程范围的中心时，随着“零输入”恢复而感觉到力的轻微改变。用户的手可以同时且独立地对正在被操控的每个自由度感觉这些止动力。其他示例可以用磁体替代一个或多个止动件。可选地，可以将第二控制构件安装在第一控制构件上，并使第二控制构件可以相对于第一控制构件沿笛卡尔坐标系的x、y和z轴线中的一个或多个以一个、两个或三个自由度运动，以产生多达三个附加自由度的控制信号，还有对一个、两个或三个自由度中的空指令的触觉反馈。将第二控制构件放置在能够用抓握第一控制构件的同一只手的拇指或另一只手指移位的位置上，就可以构造这样一种控制器，该控制器在结构上能够以4、5或6个自由度进行移位(或者这样一种控制器，其结构上能够根据应用要求而以6个自由度进行移位，但一个或多个自由度可锁定或不被编程来产生控制输入)并且同时独立为每个自由度产生控制输入，同时在第一构件从任意给定自由度中的零输入位置离开时，保持用户接收触觉反馈的能力。下面结合附图描述其他方面、优点、特征和实施例。附图说明为了促进对下面要求保护的本专利技术的原理的理解，现在将参考附图中所示的实施例或示例。应该理解，通过描述具体实施例和示例，除了权利要求书中规定的文字术语之外，不打算限制本专利技术的范围。在利用所要求保护的主题的同时，对所描述的实施例和示例的改变和进一步修改是可能的，因此被认为是在所要求保护的本专利技术的范围内。图1是用于将手持控制器附接至基座并从基座拆卸下来的连接器的示意图。图2A示意性地示出了用于能够以至少两个自由度移位的控制构件的常平支撑架。图2B是沿截面线2B-2B截取的图2A的横截面。图3A是常平支撑架的另一个实施例的正视图。图3B是图3A的常平架的分解俯视图。图3C是沿截面线3C-3C截取的图3A的横截面。图3D是沿着截面线3D-3D截取的图3B的分解图的横截面。图3E是图3A的常平支撑架的分解透视图。图3F是沿截面线3F-3F截取的图3A的截面。图3G是沿截面线3G-3G截取的图3A的截面。图3H是图3A的常平支撑架的前侧透视图。图3I是图3A的常平支撑架的侧视图。图3J是图3A的常平架的后侧透视图。图3K是图3A的常平支撑架的顶视图。图4A是具有安装到图3A-3K的常平支撑架上的控制构件的控制器的示意图的俯视图。图4B是图4A的控制器的侧视图。图5A是具有居中或力反馈机构的图3A-3K所示的下常平支撑架的透视图。图5B是图5A的常平支撑架的侧视图。图5C是安装在外壳或基座内的图5A和图5B所示的整个下常平支撑架的简化局部截面。为了清楚起见，简化或省略了未截取的下常平架部分和某些结构特征。图5D是下常平架部分处于第二位置的图5C的局部横截面。图6A是不具有基座的手持控制器的另一实施例的侧视图，该手持控制器具有第一、第二和第三控制构件，其中第二和第三控制构件处于其位移或偏移范围的一端。图6B是与图6A相同的视图，但第二控制构件处于其位移范围的另一端。具体实施方式在附图和以下描述中，附图不一定按比例绘制。本专利技术的某些特征可能以示意图的形式示出。为了使感兴趣部分清楚和简洁，可能未在图中示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制构件的常平支撑架，该常平支撑架围绕两个相交旋转轴线中的每个旋转轴线枢转，该常平支撑架包括：/n基座，其用于安装常平架；/n支柱，控制器的控制构件能联接到该支柱；/n第一构件，其以固定关系与所述基座连接；/n第二构件，其相对于所述第一构件围绕所述两个相交旋转轴线中的至少一个旋转轴线旋转，所述支柱与所述第二构件联接并受所述第二构件的约束以围绕所述两个相交旋转轴线中的每个旋转轴线枢转，所述支柱在围绕每个旋转轴线的预定角位移处具有空位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171027 US 15/796,744;20180426 US 15/964,064;20181.一种用于控制构件的常平支撑架，该常平支撑架围绕两个相交旋转轴线中的每个旋转轴线枢转，该常平支撑架包括：
基座，其用于安装常平架；
支柱，控制器的控制构件能联接到该支柱；
第一构件，其以固定关系与所述基座连接；
第二构件，其相对于所述第一构件围绕所述两个相交旋转轴线中的至少一个旋转轴线旋转，所述支柱与所述第二构件联接并受所述第二构件的约束以围绕所述两个相交旋转轴线中的每个旋转轴线枢转，所述支柱在围绕每个旋转轴线的预定角位移处具有空位置。


2.根据权利要求1所述的常平支撑架，还包括止动件，其与表面特征对准，当所述支柱相对于所述第一构件围绕所述旋转轴线中的第一旋转轴线的角位置处于预定的空位置时，所述止动件和表面特征协作以当所述支柱离开并返回到空位置时引起触觉反馈的产生，所述止动件和所述表面特征中的一者与所述支柱具有固定关系，而所述止动件和所述表面特征中的另一者与所述第一构件具有固定关系。


3.根据权利要求2所述的常平支撑架，还包括盖，其连接到所述支柱并且部分地围绕所述第一构件的外表面延伸，其中所述止动件安装在所述盖和所述第一构件中的一者中，并且在所述盖和所述第一构件另一者的球形表面中形成有凹部。


4.根据权利要求3所述的常平支撑架，所述凹部为浅坑形状。


5.根据权利要求3所述的常平支撑架，所述凹部是围绕所述盖和承窝中的一者的圆周延伸的凹槽。


6.根据权利要求2所述的常平支撑架，还包括盖，其连接到所述支柱并且部分地围绕所述第一构件的外表面延伸，其中所述止动件安装在所述盖中，并且所述凹部形成在所述第一构件的球形外表面上，所述球形外表面和所述止动件当所述盖和支柱相对于所述第一构件枢转时维持间隔开的关系，所述第一构件除非与所述凹部对准否则将所述止动件推向缩回位置。


7.根据权利要求2所述的常平支撑架，还包括另一个止动件，其在所述支柱的围绕所述两个旋转轴线中的第二旋转轴线的角位置处于预定空位置时与一凹部对准，所述止动件在所述支柱处于围绕所述两个旋转轴线中的第二旋转轴线的空位置时被偏置到所述凹部内的伸展位置，其中使所述支柱围绕所述旋转轴线中的第二旋转轴线枢转将所述止动件推向缩回位置，所述止动件与所述凹部的干涉力引起触觉反馈的产生。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的常平支撑架，还包括磁体和至少一个霍尔效应传感器，其中所述磁体和霍尔效应传感器在所述支柱围绕所述两个旋转轴线中的任一个旋转轴线枢转时相对于彼此运动，以产生指示所述支柱的角位移的信号。


9.根据权利要求8所述的常平支撑架，其中所述磁体位于所述支柱的下端处，并且当所述霍尔效应传感器相对于所述两个旋转轴线中的每个处于空位置时，所述霍尔效应传感器安装成与所述支柱成一直线。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的常平支撑架，还包括旋转支撑架，其安装在所述支柱上，用于在控制构件安装在所述常平支撑架上时测量该控制构件围绕与所述两个旋转轴线相互正交的第三旋转轴线的旋转。


11.根据权利要求10所述的常平支撑架，其中所述旋转支撑架包括止动件，当所述旋转支撑架相对于所述支柱围绕所述第三旋转轴线的角位置处于预定的空位置时，所述止动件与一凹部对准，所述止动件在所述旋转支撑架处于空位置时被偏置到所述凹部并在该凹部内延伸，其中所述支撑架围绕第三轴线的旋转将所述止动件推向缩回位置，引起触觉反馈的产生。


12.根据权利要求10所述的常平支撑架，还包括磁体和至少一个霍尔效应传感器，其中所述磁体和霍尔效应传感器在旋转支撑架相对于所述支柱旋转时相对于彼此运动，以产生指示所述支柱的角位移的信号。


13.一种用于产生用于至少四个自由度的控制输入的控制器，包括：
第一控制构件，其成形为由用户的手抓握，该第一控制构件适合于由用户相对于预定坐标系在至少一个自由度中移位；
第一传感器，其用于测量所述第一控制构件在至少两个自由度中的每个自由度中的位移；
第二控制构件，其安装在所述第一控制构件上，用于相对于所述第一控制构件在一个或多个自由度中移位，所述第二控制构件位于第一控制构件上的这样的位置上，其允许其通过正在抓握所述第一控制构件的用户手上的拇指或食指在第二控制构件的两个或更多个自由度中的至少一个自由度中移位；
第二传感器，其用于测量所述第二控制构件在其两个或更多个自由度中的每个自由度中相对于所述第一控制构件的位移；以及
常平支撑架，其用于使所述第一控制构件围绕两个相交旋转轴线中的每个旋转轴线枢转，该常平架包括：
基座，其用于安装常平架；
支柱，控制器的控制构件能联接到该支柱；
第一构件，其以固定关系与所述基座连接；
第二构件，其位于所述第一构件内部并且能相对于所述第一构件围绕所述两个相交旋转轴线中的至少一个旋转轴线旋转，所述支柱与所述第二构件联接...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·E·帕拉津斯基，J·W·布尔，N·M·迪克南，A·M·马特松，B·特兰，
申请(专利权)人：流体技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US